(57)【要約】【課題】  発電設備と負荷との間に二次電池を接続して発電電力と負荷需要電力との過不足を二次電池の充電放電で補填することにより発電設備を定格出力運転させて高い燃料効率を得る電源システムにおいて、より小さな容量の二次電池を用いて電源システムのコストを低減する。【解決手段】  制御装置５により、１日の稼働時間を短い時間に区切った時間帯毎に二次電池３の放電充電を行い、時間帯末期には時間帯当初の二次電池の蓄電水準を回復するように放電期間と充電期間に分割して電源システムを運転する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電設備と負荷との間に発電電力と負荷需要電力との過不足を補填する二次電池を接続した電源システムにおいて、発電設備の発電機を定格出力運転させると共に、稼働時間を所定の長さに区切った各時間帯内で時間帯末期に時間帯当初の二次電池の蓄電水準を回復するように二次電池の放電期間と充電期間に分割して運転することを特徴とする発電機運転効率向上方法。
【請求項２】
前記時間帯の幅を一定時間に定め、該時間帯の初めに、定格出力運転中の発電機の出力の合計が負荷需要電力より小さくなるように発電機を選択して運転し、発電電力の不足を前記二次電池の放電で補填しつつ、前記二次電池の放電電流と時間帯の後半で起動する発電機の容量とから該二次電池への充電能力を推定した結果に基づき、前記時間帯内で元の水準まで該二次電池を充電できる時間を残して放電を止め、後は次の発電機を起動して定格出力運転し前記二次電池を充電することを特徴とする請求項１記載の発電機運転効率向上方法。
【請求項３】
前記時間帯の幅を一定時間に定め、該時間帯の初めに、定格出力運転中の発電機の出力の合計が負荷需要電力を越えるように発電機を選択して運転し、発電電力の余剰を前記二次電池に充電しつつ、前記二次電池の充電電流と時間帯の後半で停止する発電機の容量とから該二次電池からの放電能力を推定した結果に基づき、前記時間帯内で元の水準まで該二次電池を放電できる時間を残して充電を止め、後は次の発電機を停止して前記二次電池から放電して発電電力の不足を補填することを特徴とする請求項１記載の発電機運転効率向上方法。
【請求項４】
前記時間帯の幅は３０分から２時間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発電機運転効率向上方法。
【請求項５】
前記二次電池の蓄電水準の上限と下限を定めて、前記時間帯の初めに該二次電池の蓄電水準の上限値から放電を開始し該蓄電水準が下限値に達したら前記次の発電機を起動して元の上限値まで充電をすることを特徴とする請求項１記載の発電機運転効率向上方法。
【請求項６】
前記時間帯毎の放電時間を予め定めて、該時間帯の初めに該放電時間だけ前記二次電池から放電し、該放電時間経過後に充電に切り替えて前記次の発電機を起動し該時間帯における初めの充電水準に戻るまで前記二次電池を充電することを特徴とする請求項１記載の発電機運転効率向上方法。
【請求項７】
発電設備と負荷との間に発電電力と負荷需要電力との過不足を補填する二次電池を接続した電源システムにおいて、該二次電池の蓄電水準を検出するセンサと、該二次電池の充電放電を切り替える充電放電切替えスイッチと、該充電放電切替えスイッチの切り換えと前記発電設備に含まれる発電機の発停を制御する制御器を備え、該制御器により定格出力運転させる発電機を選択すると共に、前記センサからの測定信号により前記二次電池の蓄電水準の変化を検知して稼働時間を分割した各時間帯内で前記充放電切替えスイッチを制御して前記二次電池の放電と充電を切り替えて前記時間帯初めの該二次電池の蓄電水準を回復するように運転することにより発電機運転効率向上を図る電源システム。
【請求項８】
前記二次電池としてニッケル水素電池を使用することを特徴とする請求項７記載の電源システム。
【請求項９】
前記ニッケル水素電池がコバルトを炭素に置き換えて製作された改良型ニッケル水素電池であることを特徴とする請求項８記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン発電機などによる発電を補佐して高効率発電を可能にする方法と装置に関し、特に、離島などで発電における燃料効率を向上させて発電原価を低減させる方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電力系統と接続できない離島などでは、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン発電機などの燃焼型の発電機を島内の負荷に接続して必要な電力をまかなうスタンドアロンの電源システムが設けられる。通常、このようなシステムでは、複数の発電設備がそれぞれ定格出力の５０％以上の出力になり、かつ各発電設備の負荷率がほぼ均等になるように組み合わせて運転される。
しかし、燃焼型の発電機は定格出力で運転するときが最も効率がよいので、従来の運転方法では運転効率が劣り燃料が浪費される。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、発電設備と負荷との間に二次電池を接続した電源システムを用いて、発電設備を予め定めた一定出力で運転し、発生した電力と負荷需要電力との過不足を二次電池への充電または二次電池からの放電で調整するようにした運転方法が開示されている。
開示された運転方法は、特に二次電池としてレドックスフロー電池を利用することにより実現されたものである。レドックスフロー電池は、定格出力の０％から１００％の間で充電放電を繰り返すことができるため、二次電池の定格出力を発電設備の定格出力の１／２程度にすることができる。
【０００４】
開示方法では、発電設備を運転するときは常に最も効率のよい定格出力で運転するようにすることができるので、システムの効率が向上し、さらに負荷需要電力を充足する以上の設備は休止することができるので、発電設備の稼働時間が削減される。
しかし、開示方法は、発電設備の発生電力と負荷需要電力の差を二次電池で補填するものであるため、たとえば充電を何時間も継続して行う場合も出現するので、使用する二次電池は、少なくとも電源システム中で最大容量を持つ発電機の定格出力に当たる電力を適当時間蓄電できる容量を持つ必要がある。また、負荷需要電力の急変に対して追従するためには、二次電池の充電放電の速度が十分速い必要があるので、二次電池の容量が大きいほど好ましい。
【０００５】
特許文献１に記載された電源システムの運転方法にレドックスフロー電池を使用した場合のシミュレーション結果によると、二次電池の定格出力は発電設備の定格出力の１／２以下に収まっている。しかし、明細書には電池容量に関する記載がない。使用される状況によって必要な電力容量は変化するが、本願発明者が開示された設備条件を用いて夏の１日についてシミュレーションした結果によると、電力需要１８３５ｋWh/dに対して二次電池は実に１８２ｋWhの容量が必要になった。
これでは発電設備の容量に対して二次電池のコストが膨大になり、実現は経済的に困難である。
【特許文献１】特開２００３−０５２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、発電設備と負荷との間に二次電池を接続して発電電力と負荷需要電力との過不足を二次電池の充電放電で調整することにより発電設備を定格出力運転させて高い燃料効率を得る電源システムにおいて、より小さな容量の二次電池を用いた運転が可能な方法と装置を提供して、電源システムのコストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明の発電機運転効率向上方法は、発電設備と負荷との間に発電電力と負荷需要電力との過不足を補填する二次電池を接続した電源システムにおいて、充電放電切替えスイッチと制御装置を備えて、発電設備の発電機を定格出力運転させると共に、稼働時間を所定の長さに区切った各時間帯内で時間帯末期に時間帯当初の二次電池の蓄電水準を回復するように二次電池の放電期間と充電期間に分割して運転することを特徴とする。
ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン発電機などの燃料燃焼型発電機は定格運転において最高の効率を得ることができる。本発明の方法は、発電機を常に定格運転させることにより燃料の節減を図り運転効率を向上させるものである。
負荷需要電力に近い出力電力が得られるように１台あるいは複数台の発電機を定格出力運転すると、一般には発電電力と負荷需要電力との間に過不足が生じる。この過不足分は二次電池の充放電により補填される。
【０００８】
たとえば運転中の発電機の定格出力より負荷需要電力が大きく二次電池からの放電から始める場合は、時間帯の初めに作動中の発電機の定格出力の合計が負荷需要電力より小さくなるように発電機を選択して運転し発電電力の不足を二次電池の放電で補填する。この間、負荷需要電力と発電電力の差に基づいて発生する二次電池の放電電流と時間帯の後半で起動する発電機の容量とから二次電池への充電能力を推定する。推定の結果に基づき、時間帯内で元の水準まで二次電池を充電できる時間を残して放電を止め、後は次の発電機を起動して定格出力運転して二次電池を充電するようにする。
【０００９】
なお、初めに充電する場合は、時間帯の初めに二次電池を容量に余裕を持たせた低水準の蓄電状態にして、作動中の発電機の定格出力の合計が負荷需要電力より大きくなるように発電機を選択して運転して二次電池を充電し、後半で停止する発電機の定格電力と充電電流に基づいて発電機を停止した後の放電電力を推定して、時間帯内で元の蓄電水準まで放電できる時間を残して充電を止め、その後所定の発電機を停止して放電すればよい。
【００１０】
時間帯の時間幅は短いほど二次電池の容量を節約することができる。本願発明者は、実際の電力需要を基にしてシミュレーションを重ねて、二次電池の容量ができるだけ小さく、かつ負荷需要の変動や発電機の保全上の不都合を考慮した最適な時間帯の幅を求めた。その結果、実用に供する場合は、時間帯の幅を３０分以上２時間以下にするとよいことが分かった。特に、時間帯の幅を１時間前後とすることが好ましい。
３０分以下では、発電機の発停間隔が短く保全上好ましくないばかりか、３０分以下の時間帯とするときに電力の過不足を補填するために必要とされる二次電池の容量では、実際に起こりうる激しい負荷変動に対応する能力が不足することになる。また、発明の効果を発揮させるためには、２時間以上の時間帯にする必要がないからである。
【００１１】
また、特許文献１に関して本願発明の発明者が行った上記シミュレーションと同じ条件でシミュレーションした結果では、本願発明の方法による場合は、同じ条件で必要とされる二次電池の容量は２０．８ｋＷｈで、特許文献１に開示された方法に対して約１／９であれば足りることが分かった。
このように、本発明により、二次電池について比較的短い時間帯内で充電放電を行って元の蓄電水準に復帰するようにしたので、二次電池の容量を節減し電源システムのコストを低減させることができた。
【００１２】
電力需要は、季節的に変動するが、１日の需要パターンは季節ごとにある程度決まるので、過去の実績を基にして推定することができる。したがって、この需要パターン推定値を用いて受電と放電の切り替えタイミングを決定することもできる。需要パターン推定値にしたがって運転計画をする場合に実際の需要と差異が生じたときは、切り替えタイミングの修正や蓄電水準の修正によって対応することができる。
【００１３】
充放電期間中に負荷需要電力が変動すれば、その変動分は二次電池の容量で対応することになるので、二次電池の容量には適当な余裕が必要である。また、負荷需要が特に急激に変動する場合は、これをカバーするために二次電池の充放電時の電流量が十分大きくなければならない。二次電池の容量が大きければ電流量も大きくなるが、電池のコストは容量にほぼ比例するから容量をむやみに大きくすることは避けなければならない。
【００１４】
また、本発明の発電機運転効率向上方法は、時間帯を一定の時間で区切る代りに、二次電池の蓄電水準の上限と下限を定めて、時間帯の初めに上限値から放電を開始し下限に達したら発電機を起動して元の上限値まで充電をするようにしてもよい。この場合、時間帯は負荷状態により変動して予め決めることはできない。しかし、蓄電水準の上下限値を選択することにより平均的な時間帯幅を調整することができ、時間帯幅の平均値を２０分から２時間の間に管理することは可能である。
なお、蓄電水準の上限値はたとえば８０％や７０％など、下限値はたとえば２０％や３０％などと、電池容量に対して余裕を持たせて決めることにより、負荷が多少急激に変動しても十分に対応することができる。
【００１５】
また、時間帯の初めに一定時間放電し、その後充電に切り替えて初めの充電水準まで継続し、初めの水準に戻ったら次に時間帯に入って再び同じ放電充電を繰り返すようにしても良い。この場合、放電時間や充電時間、放電深度などは、負荷状態により変動し一定にならない。
いずれにしても、時間帯の初めにおける蓄電水準に戻すことにより、一定のあるいは不定の比較的短い時間帯内で繰返し放電充電ができるようにしている。
【００１６】
二次電池としてニッケル水素電池を使用することが好ましい。ニッケル水素電池は、電荷の担い手が水素イオンであるため流動性が高く、充放電時の電流密度が大きい。したがって、蓄電容量に対する充放電電力が大きく、小型で大容量に形成することができ、電気自動車などにも採用されている。
なお、ニッケル水素電池では、従来重量で１０％程度も使用されていたコバルトを炭素に置き換えることにより、電池のコストが低下するばかりか、コバルトが還元して電流を阻害する作用が無くなるので長寿命化すると同時に電流容量が増加して電池が高出力化する効果がある。
【００１７】
大型電池として知られているナトリウムイオウ（ＮａＳ）電池やレドックスフロー電池では全容量を充電放電するのに７，８時間かかるのに対して、コバルトを炭素に置換した改良型ニッケル水素電池では数分から１時間程度で全容量を充電放電することができる。したがって、たとえば定格容量１００ｋＷｈの電池では、定格出力が１００ｋＷから１０００ｋＷと容量値に対し同等から１０倍の値になる。
このような改良型ニッケル水素電池を導入することにより、従来より大幅に小型化し極めて低廉化した二次電池を使用することができ、本発明の発電機運転効率向上方法はさらにその効果を増大することができる。
【００１８】
上記課題を解決するため本発明の発電機運転効率向上装置は、発電設備と負荷との間に発電電力と負荷需要電力との過不足を補填する二次電池を接続した電源システムにおいて、二次電池の蓄電水準を検出するセンサと充電放電を切り替える充放電切替えスイッチと、このスイッチの切り換えと発電設備に含まれる発電機の発停を制御する制御器を備え、制御器により定格出力運転させる発電機を選択すると共に、二次電池の蓄電水準の変化を検知して稼働時間を所定の長さに区切った各時間帯内で充放電切替えスイッチを制御して二次電池の放電と充電を行って時間帯初めの二次電池の蓄電水準を回復するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
なお、充放電切替えスイッチは、電源供給線の交流電力と二次電池の直流電力を整合させるため、整流器と直交変換器を備える。
本発明の発電機運転効率向上装置は、二次電池について比較的短い時間帯内で充電放電を行って元の蓄電水準に復帰するようにしたので、二次電池の容量を節減し電源システムのコストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を用いて、本発明の発電機運転効率向上方法と装置の最良の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の発電機運転効率向上装置の概念を説明するためのブロック図、図２は本発明の第１の実施例における充電と放電の切替え状況を説明する図面、図３は典型的な１日についてシミュレーションした結果を示す図面、図４は第２実施例における充電放電切替え状況を説明する図面、図５は第３実施例における充電放電切替え状況を説明する図面、図６は比較例についてシミュレーション結果を示す図面である。
【００２１】
本発明の発電機運転効率向上装置は、図１に示す通り、単機もしくは複数の燃焼型発電機１１を備えた発電設備１から負荷２に電力を供給するスタンドアロンの電源システムであって、発電設備１と負荷２の間に充電放電切替器４を付属する二次電池３を接続し、切替器の切り換えと発電機１１の発停タイミングを制御する制御器５を備えたものである。
充放電切替器４は、二次電池３の充電と放電を選択する切替器４１と、発電設備１の余剰電力を二次電池に充電するときに使う順変換器４２と、二次電池３から放電される直流出力を発電電力に加えるための逆変換器４３を備える。
【００２２】
順変換器４２には発電機１１からの交流入力を直流に変換する整流機能と二次電池３の充電制御機能が必要であるので、サイリスタやトランジスタなど電力用半導体素子を組み込んだ制御整流器が用いられる。逆変換器４３は電力用半導体素子を用いたＣＶＣＦ（定電圧定周波数）インバータであり、直流を一定電圧で一定周波数の正弦波交流に変換する機能が求められるため、ＰＷＭ制御を行いつつフィルタによって高調波を除去して負荷に供給する方式が多く用いられる。
切替器４１は、電力用半導体素子で構成される無接点スイッチで、制御器５からの制御信号に基づいて二次電池３の充電と放電を支配する。
【００２３】
制御器５は、二次電池３に設けた残量センサや充放電電流センサを入力して、充電と放電の切替えタイミングを計り、切替器４１を切り換える制御信号や発電設備１の発電機１１の発停を指示するための制御信号を発生する。
ここで、発電機１１は運転中はいつでも定格出力運転させるようにして、発電機の効率を再稿の状態に維持する。
制御器５は、１日を１時間程度など適当な長さに区切った時間帯を生成し、各時間帯内において、時間帯末期に時間帯当初の二次電池３の蓄電水準を回復するように二次電池３の放電期間と充電期間に分割することを目標として受電と放電を切替える制御信号を生成する。
【００２４】
本発明の電源システムでは、発電機１１を定格出力運転するので、発電設備１の発電電力が負荷需要電力と一致することは殆ど無い。そこで、発電電力が負荷需要電力を越える場合には余剰の電力は二次電池３を充電するために使用し、発電電力が不足するときは二次電池３から放電して補填する。
しかし、長時間に亘って発電電力と負荷需要電力の過不足状態を二次電池３で補填するようにすると、二次電池３に要求される容量が無制限に大きくなってしまう。
【００２５】
そこで、本発明の電源システムでは、１時間程度の短い時間帯を想定して各時間帯毎に二次電池３の蓄電状態をリセットして初めの状態に戻すようにして、二次電池３の容量に対する要求を抑制することに成功したものである。単純化して考えれば、１日に蓄積される過不足分を１時間毎に細分して微小化させたと同じ効果が得られることになる。
なお、二次電池３の容量は少なくとも１基の発電機１１の発停による過不足分を補填できるだけのものが必要とされ、発電機１１の定格出力の半分に時間帯の半分の時間を掛けた値にほぼ匹敵する。さらに発電機１１の定格出力に匹敵する充放電出力を持つ必要がある。充放電電流は電池の容量が大きければ大きくなるので、必要な容量を超えて大型化することで対処することができるが、電池のコストは容量に比例するので、装置コストが増大する結果をもたらす。
【００２６】
リチウム水素電池は電荷の担い手が水素イオンであるため流動性が高く、充放電時の電流密度が大きい。したがって、蓄電容量に対する充放電電力が大きく、小型で大容量に形成することができるので、二次電池として採用することにより本発明の電源システムをコンパクトに構成することができる。
さらに、コバルトを炭素に置き換えた改良型ニッケル水素電池は、電池のコストが低く、長寿命であると同時に電流容量が増加して高出力で、たとえば容量値の１０倍程度の出力が得られるので、本発明の電源システムに最適である。
時間帯の設定方法と二次電池３の蓄電状態を初めの状態に戻す充放電制御法には、幾つかの手法があるので、以下に実施例を以て手法例を説明する。
【実施例１】
【００２７】
第１の実施例は、二次電池に上限と下限の容量を設定して電池残量の変動幅を制限し、時間帯を一定の時間幅を持つように規定して、その時間帯内で放電と充電を１回ずつ実行し、初めの蓄電状態に戻す手法を採用したものである。
図２は、発電機１１の定格出力を全て５０ｋＷとし、電力需要を２０ｋＷ一定とし、充放電を繰り返す１時間帯の長さを１時間に設定して、第１実施例における制御論理を簡単に説明するものである。上段（ａ）に電力需要と発電電力の関係を示し、中段（ｂ）に二次電池３の充放電状況を示し、下段（ｃ）に電池の残量を示す。
【００２８】
二次電池３は２０ｋＷｈの容量を持つ改良型リチウム水素電池であって、初めに８０％充電状態になっていて、時間帯の初めは放電から始める。
電力需要７０ｋＷに対して発電機１１を１基稼働させ５０ｋＷの発電電力を供給するので、二次電池３は２０ｋＷ分だけ補填することになる。
時間帯の後半で発電機をさらに１基稼働させて全体で１００ｋＷ発電することになるので、後半の期間では３０ｋＷ分が二次電池３の充電に使用できる。
【００２９】
そこで、制御器５は、充電放電の時間配分を決定し、適当なタイミングで切替器４１と発電設備１に切替え信号を送信する。切り換えタイミングを計るときには、受電時と放電時で電池内の電流や順変換器や逆変換器の効率の差により二次電池の充放電効率が異なることも参酌しなければならない。この例では、充放電の切り換えを０．５６時間経過したときに行えば、二次電池３の残量が０時の状態に戻ることになる。
【００３０】
図３は、予め収集されたある夏の１日における負荷需要電力の変化状況を対象として、本実施例の制御アルゴリズムを適用した場合についてシミュレーションした結果を表わす。図の上段（ａ）に電力需要と発電電力の関係を示し、中段（ｂ）に二次電池３の充放電状況を示し、下段（ｃ）に電池の残量を示す。
時間帯幅は１時間とし、二次電池３として容量約２０ｋＷｈの改良型ニッケル水素電池を使用している。負荷需要電力は１時間の時間帯毎に得られた平均値を使用した。１日の電力需要は、１８３５ｋＷｈであった。
【００３１】
時間帯幅を１時間とすることにより、充放電回数は１日２４回で、二次電池３の最大充放電レートは２．３５Ｃ、最大充放電量は１３．５ｋＷｈとなり、電池残量は２０．８ｋＷｈの定格容量に対し２０％から８０％の間の６０％の放電深度内に収まった。また充放電電力も定格電力２００ｋＷに対して５０ｋＷ以下であって、二次電池３には十分に余裕があることが分かる。
なお、時間帯幅を大きくすれば二次電池３に要求される容量が大きくなり、時間帯幅を小さくすれば発電機１１の発停間隔が短くなるので保全の負担が大きくなり、二次電池３の容量を小さくしても需要電力の激変があると対処しきれなくなる危険が出てくるので、たとえば時間帯幅を３０分から２時間程度にすることが好ましい。
【００３２】
なお、実際の負荷需要電力は予め知ることができないので、二次電池３の充電状態をセンサで検知して最適な切り換えタイミングを推定しなければならない。
たとえば運転中の発電機１１の定格出力より負荷需要電力が大きく二次電池３からの放電から始める場合は、時間帯の初めに作動中の発電機１１の定格出力の合計が負荷需要電力より小さくなるように発電機１１を選択して運転し、発電電力の不足を二次電池３の放電で補填する。
この間、負荷需要電力と発電電力の差に基づいて発生する二次電池３の放電電流と時間帯の後半で起動する予定の発電機１１の容量とから二次電池３への充電能力を推定する。推定の結果に基づき、時間帯内で元の水準まで二次電池３を充電できる時間を残して放電を止め、後は次の発電機１１を起動して定格出力運転して二次電池３を充電するようにする。
【実施例２】
【００３３】
本発明の第２実施例は、図４に示すように、時間帯幅を一定にする代りに、二次電池の残量に上限値と下限値を定めて、初めに残量上限の状態から放電して発電電力を補填し、下限値に達したところで次の発電機を起動して二次電池を充電し始め、残量が上限値に達したら、再び放電に切替えて次の時間帯の操作を繰り返すようにしたものである。
図の上段（ａ）は電力需要と発電電力の変化を示し、下段（ｂ）は電池残量の変化を示す。
【００３４】
図４に例示したものは図１に示した電源システムにおいて、負荷２における電力需要が約６０ｋＷから約９０ｋＷに徐変しており、定格出力５０ｋＷの発電機１１が１台運転と２台運転を繰り返し、電力の過不足分を二次電池３の充放電で補填している。
二次電池３の残量の上限値を８０％、下限値を２０％に設定し、時間帯の始めに上限値に保持しておく。
【００３５】
時間帯の初めには電力需要を満たす台数の発電機より１基少ない発電機を運転しているので、二次電池３の電力を放電して電力の不足分を補填する。放電を継続して電池残量が下限値に達すると、制御器５の働きによりもう１基の発電機１１を起動し二次電池３を充電状態に切替える。
二次電池３は発電電力と電力需要の差の電力で充電され、やがて残量が上限値に達することになる。電池残量が上限値に達すると、次の時間帯に入り、前と同じ放電充電を繰り返す。
【００３６】
本実施例のアルゴリズムを採用すると、充放電の切り換えタイミングは電池残量が上限値あるいは下限値に到達した時であるため、予測計算などを必要とせず、単に電池残量を監視していればよいので、簡単である。しかも、実績値を基に決まるため、思わぬ変動があっても十分に対処ができる。また、二次電池３の残量は予め決めた上限値と下限値の間に収まるので、安全である。
なお、二次電池の仕様に合わせて上限値と下限値を定めることにより、平均的な時間帯幅を適当な長さにすることが望ましい。発電機の発停間隔や二次電池の容量などを考慮すると、平均的な時間帯幅が３０分から２時間程度になることが好ましい。
【実施例３】
【００３７】
本発明の第３実施例は、図５に示すように、時間帯幅を一定にする代りに、予め時間を定めて二次電池の放電を行い、その後、放電を開始したときの残量まで充電する工程を繰り返すようにしたものである。
図の上段（ａ）は電力需要と発電電力の変化を示し、下段（ｂ）は電池残量の変化を示す。
【００３８】
図５に例示したものは図１に示した電源システムにおいて、負荷２における電力需要が約６５ｋＷから約９５ｋＷに徐変しており、定格出力５０ｋＷの発電機１１が１台運転と２台運転を繰り返し、電力の過不足分を二次電池３の充放電で補填するものである。
二次電池３の残量の上限値を８０％に設定し、時間帯の始めに上限値に保持しておく。放電時間Ｔを３０分程度に設定した。
【００３９】
時間帯の初めには電力需要を満たす台数の発電機より１基少ない発電機を運転しているので、二次電池３から放電して電力の不足分を補填する。放電をしながら予め決めた放電時間Ｔが経過すると、制御器５の働きによりもう１基の発電機１１を起動し二次電池３を充電状態に切替える。
二次電池３は発電電力と電力需要の差の電力で充電され、やがて残量が上限値に達すると、次の時間帯に入り、前と同じく放電充電を繰り返す。
【００４０】
本実施例のアルゴリズムを採用すると、充放電の切り換えタイミングは放電時間Ｔの経過をタイマーで計測した時点と、電池残量が上限値に到達した時点であるため、判定が簡単である。
また、充電時間は成り行きに任されるので、１日の充放電時間帯の幅は決まらないが、放電時間Ｔを選択することにより、充放電回数を適当な範囲に規定することができる。
ただし、放電時間Ｔ内で電力需要や発電電力の異常が発生した場合は、電池残量が異常になる可能性があり、下限異常処理などの対処を準備しておく必要がある。
【００４１】
なお、上記実施例では、いずれも時間帯内で初めに二次電池からの放電を行い、後に充電を行っているが、逆に初めに受電を行って、後に放電を行うようにしても良いことはいうまでもない。ただし、充電から始める場合は、待機中の二次電池は残量が少ない状態であるため、不測の事態に対処する能力が十分でないことになるので適当な対策を施すことが好ましい。
【００４２】
（比較例１）
図６は、本願発明の発電機運転効率向上装置の性能を確認するため、特許文献１に記載された電源システムの運転方法にレドックスフロー電池を使用した場合について、実施例１と同じ条件の下でシミュレーションした結果を表わすグラフである。
この従来方法でも、二次電池の定格出力は発電設備の定格出力の１／２以下に収まっている。しかし、発電電力と電力需要の偏差が１０数時間も継続して存在するため、偏差の積算値は極めて大きくなり、これを吸収する二次電池は極めて大きな容量を持つことが要求される。シミュレーションしたケースでは、１日の電力需要が１８３５ｋＷｈであるのに対して、二次電池に要求される容量は１８２ｋＷｈを越えた。
これに対して、本発明では、約２０ｋＷｈの二次電池で対応できる。二次電池は容量に比例して値段が上昇するので、本発明のシステムは従来方法と比較してコスト面についても優れていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の発電機運転効率向上装置の概念を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る発電機運転効率向上装置における充電と放電の切替え状況を説明する図面である。
【図３】第１実施例の発電機運転効率向上装置について典型的な１日に関してシミュレーションした結果を示す図面である。
【図４】本発明の第２実施例における充電と放電の切替え状況を説明する図面である。
【図５】本発明の第３実施例における充電と放電の切替え状況を説明する図面である。
【図６】比較例についてシミュレーションした結果を示す図面である。
【符号の説明】
【００４４】
１  発電設備
１１  発電機
２  負荷
３  二次電池
４  充電放電切替器
４１  切替器
４２  順変換器
４３  逆変換器
５  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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